JP3079427B2 - Externally supplied ignition type internal combustion engine - Google Patents

Externally supplied ignition type internal combustion engine

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JP3079427B2
JP3079427B2 JP10242388A JP24238898A JP3079427B2 JP 3079427 B2 JP3079427 B2 JP 3079427B2 JP 10242388 A JP10242388 A JP 10242388A JP 24238898 A JP24238898 A JP 24238898A JP 3079427 B2 JP3079427 B2 JP 3079427B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１個の
往復ピストン、点火装置、及び主に点火装置の方向に燃
料を直接送るためのシリンダ１個当たり少なくとも１個
の燃料送り装置、さらに、屋根状に限定された燃焼室内
でラセン流を生じる少なくとも１個のインテーク通路を
具備する外部供給点火式内燃機関に関する。ここで、ピ
ストンの表面は、給気のラセン運動を支える、非対称な
アーチ状のガイドリブを有する。The present invention relates to at least one reciprocating piston, an igniter, and at least one fuel feeder per cylinder for direct delivery of fuel mainly in the direction of the igniter, and furthermore to a roof. The invention relates to an externally-supplied internal combustion engine having at least one intake passage for producing a helical flow in a combustion chamber defined in the form of a spiral. Here, the surface of the piston has an asymmetric arch-shaped guide rib that supports the spiral movement of the air supply .

【０００２】[0002]

【従来の技術】燃費と排気ガス、特に炭化水素の放出量
低下に対する常に上昇する要求に対応するため、内燃機
関の分野で新しい技術の採用を必要としている。ガソリ
ンエンジンで現在一般的な外部混合気形成方式を採用す
る場合、例えば、マニホールド噴射やキャブレータを使
用する場合、燃焼室とシリンダーに吸入された混合気の
一部が、弁重複段階中、すなわち、アウトレット弁とイ
ンテーク弁が同時に開く時、内燃機関の排気ストローク
に流入する。この場合、排気ストローク中の測定可能な
不燃炭化水素の少なくない部分が、燃焼中、燃焼が起こ
らない環状オリフイス又は壁に近い領域内に滞留する混
合気粒子からも発生する。上記の点に、確実で、途切れ
のない燃焼を確保するため必要になる、燃料と空気のほ
ぼ化学量的混合比での給気の必要な均質化が加わる。こ
のため、吸い込む混合気量全体を制限するため、絞り装
置を使用して、エンジン負荷を調整する必要がある（量
調整）。吸込流量をこのように絞れば、熱力学損失が生
じ、内燃機関の燃料消費量が増加する。この絞りを回避
して内燃機関の燃料を減少する可能性は、約２０％と評
価される。BACKGROUND OF THE INVENTION In order to meet the ever-increasing demands for lower fuel consumption and lower emissions of exhaust gases, in particular hydrocarbons, it is necessary to employ new technologies in the field of internal combustion engines. When a gasoline engine adopts a currently common external air-fuel mixture formation method, for example, when using a manifold injection or a carburetor, a part of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber and the cylinder is in the valve overlap stage, that is, When the outlet valve and the intake valve open simultaneously, they flow into the exhaust stroke of the internal combustion engine. In this case, a significant portion of the measurable incombustible hydrocarbons during the exhaust stroke is also generated during combustion from the mixture of particles or particles that remain in the annular orifice or region close to the wall where combustion does not take place. The above points are accompanied by the necessary homogenization of the air supply at approximately stoichiometric ratios of fuel and air, which is necessary to ensure reliable and uninterrupted combustion. For this reason, it is necessary to adjust the engine load by using a throttle device in order to limit the whole amount of the air-fuel mixture to be sucked in (amount adjustment). If the suction flow rate is reduced in this manner, a thermodynamic loss occurs, and the fuel consumption of the internal combustion engine increases. The possibility of avoiding this throttling and reducing the fuel of the internal combustion engine is estimated to be about 20%.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この欠点を防止した
り、回避するために、以前から、外部点火式内燃機関を
絞りなしで作動し、また燃焼室とシリンダ又は直結され
た混合チャンバー内に自動点火式内燃機関の場合のよう
に空気吸込終了後初めて燃料を送ることが試みられた。In order to prevent or avoid this drawback, it has long been the case to operate an externally ignited internal combustion engine without throttling and to automatically install a combustion chamber and cylinder or a mixing chamber directly connected. Attempts have been made to deliver fuel only after the end of air suction, as in the case of an ignition type internal combustion engine.

【０００４】ここで、基本的に、次の３つの混合気形成
システムが区別される： − 液体高圧噴射方式 − 空気サポート燃料送り方式 − 混合気吹き込み方式 ＳＡＥ（米国自動車工業規格） ７８０６９９から、高
圧噴射ノズルを使用して燃料を内燃機関の燃焼室に噴射
する方法が知られる。混合気の準備に必要な時間は、噴
射時期と点火時期の間の時間的最小間隔を制限する。一
方で短い噴射時間と他方で適切な微細粒子範囲にある燃
料の十分な霧化を得るため、噴射行程に高い圧力レベル
が必要である。燃料の準備と配分は、同時に起こる。他
方、可燃性の燃料・空気混合気がある局部的に限定され
た領域だけを得るため、燃焼室空気内の混合気の拡散と
希釈のための時間を制限しようとすれば、エンジンサイ
クルで非常に遅れて初めて（場合によっては、点火直前
の圧縮中に初めて）燃料を送る必要がある。従って、完
全な燃料蒸発のための十分早い時点で噴射する必要と混
合気成層を保持するためのできるだけ遅い時点で噴射す
る必要は、相互に相反する。従って、一方で混合気準備
のための特性時間を短くし、他方で望ましい混合気成層
を維持するための特性時間を延長する方向で、開発努力
が行われなければならない。Here, there are basically three distinct air-fuel mixture forming systems: a liquid high-pressure injection system; an air-supporting fuel delivery system; and a fuel-air mixture injection system. From SAE 780699, the high-pressure system is used. There is known a method of injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine using an injection nozzle. The time required for the preparation of the mixture limits the minimum time interval between the injection timing and the ignition timing. High pressure levels are required during the injection stroke in order to obtain, on the one hand, short injection times and, on the other hand, sufficient atomization of the fuel in the appropriate fine particle range. Fuel preparation and distribution occur simultaneously. On the other hand, to limit the time for diffusion and dilution of the air-fuel mixture in the combustion chamber air to obtain only a locally limited area with a flammable fuel-air mixture, the The fuel must be delivered after a delay (possibly during compression just before ignition). Therefore, the need to inject early enough for complete fuel evaporation and the need to inject as late as possible to maintain the mixture stratification are mutually exclusive. Accordingly, development efforts must be made to shorten the characteristic time for preparing the mixture and, on the other hand, extend the characteristic time for maintaining the desired mixture stratification.

【０００５】ＳＡＥ（米国自動車工業規格） ９４０１
８８から、燃料の高い霧化質を有する円錐状の噴射流が
得られる噴射弁の原理が判明する。燃料圧と燃焼室対向
圧の変化により、噴射流の円錐角に影響できる。このよ
うな噴射ノズルの特性により、噴射圧が上昇する場合霧
化質が改善される。しかし、この望ましい従属性のた
め、同様に１００ｍ／ｓまで噴射流の速度が上昇し、燃
焼室に流入する燃料スプレイの衝撃度が高くなる。これ
に対して、インテーク（吸引）で生じる最大約２５〜３
０ｍ／ｓの強いラセン運動又は回転運動であっても、燃
焼室内の空気流は明らかに僅かな衝撃度を有するにすぎ
ない、従って、燃焼室への流入の最初の段階における噴
射流は、燃焼室流によって殆ど影響されないことにな
る。これらの前提で、噴射流から局部的に限定された混
合雲を生じ、これを噴射弁の口から点火プラグの近くに
移動し、雲内の混合気を燃焼室空気とさらに混合する課
題が提起される。ここでは、次の点が重要である： − 混合気雲は、特に低いエンジン負荷で、明らかに限
定されなければならないし、熱力学的原因と不燃炭化水
素放出量を減少するため、できるだけ燃焼室の中間にな
ければならない。 − 特に化学量的な空気比への吸引された混合気の希釈
は、噴射時期と点火時期の間の比較的短い時間間隔で起
こらなければならない。 − 火花による混合気雲の点火を有利にするため、点火
プラグで、小さい平均流速と同時に高い乱流レベルが支
配的でなければならない。[0005] SAE (US Automotive Industry Standard) 9401
88 reveals the principle of an injection valve which results in a conical injection flow with a high atomization of the fuel. Changes in the fuel pressure and the combustion chamber facing pressure can affect the cone angle of the injection flow. Due to such characteristics of the injection nozzle, the atomization quality is improved when the injection pressure increases. However, because of this desired dependency, the velocity of the injection flow also increases to 100 m / s, and the impact of the fuel spray entering the combustion chamber is increased. On the other hand, a maximum of about 25 to 3 generated by intake (suction)
Even with a strong spiral or rotary movement of 0 m / s, the airflow in the combustion chamber has only a clearly small impact, so that the injection flow in the first stage of the flow into the combustion chamber is It will be hardly affected by the room flow. On these assumptions, the jet creates a locally defined mixed cloud that moves from the mouth of the injector near the spark plug and further mixes the air-fuel mixture in the cloud with the combustion chamber air. Is done. Here, the following points are important:-The mixture cloud must be clearly limited, especially at low engine loads, and reduce the combustion chamber as much as possible to reduce thermodynamic causes and emission of non-combustible hydrocarbons. Must be in between. The dilution of the aspirated mixture, especially to the stoichiometric air ratio, must take place in a relatively short time interval between the injection timing and the ignition timing. -In order to favor the ignition of the mixture cloud by sparks, the spark plug must be dominated by a high turbulence level as well as a low average flow velocity.

【０００６】直接噴射ガソリンエンジンのために最適な
燃焼方式の設計では、噴射流拡散特性の他に、利用でき
る燃焼室寸法も考慮されなければならない。乗用車ガソ
リンエンジンに典型的な個別シリンダの典型的なストロ
ーク量のため、穴直径が約６５ｍｍから１００ｍｍにな
り、ここで、ピストンストロークが同一の大きさで動
く。シリンダ軸に対して最大約７０°傾斜している位置
でシリンダヘッド内に噴射弁を配置すれば、噴射流が相
対する燃焼室壁（殆どは、ピストン表面）に衝突する前
に、噴射流は、点火時期直前の遅れた噴射の場合に、最
大５０〜６０ｍｍの自由な拡散範囲を利用できる。従っ
て、噴射流の上記の拡散速度を考慮すれば、ピストン表
面への燃料スプレイの少なくとも１部の衝突が見込まれ
なければならない。従って、燃焼室内部流の設定は、壁
湿潤のこの過程を考慮しなければならない。[0006] In designing an optimal combustion strategy for a direct injection gasoline engine, in addition to the injection flow diffusion characteristics, the available combustion chamber dimensions must be considered. Due to the typical stroke of an individual cylinder typical of a passenger car gasoline engine, the hole diameter will be from about 65 mm to 100 mm, where the piston stroke moves with the same magnitude. By arranging the injection valve in the cylinder head at a position inclined up to about 70 ° with respect to the cylinder axis, before the injection flow collides with the opposed combustion chamber wall (mostly the piston surface), the injection flow is In the case of delayed injection immediately before the ignition timing, a free diffusion range of up to 50 to 60 mm can be used. Therefore, given the above diffusion velocity of the injection flow, an impact of at least part of the fuel spray on the piston surface must be expected. Therefore, the setting of the flow inside the combustion chamber must take this process of wall wetting into account.

【０００７】混合気雲を形成し、燃料スプレイを拡散す
るため、次の効果を利用できる。 − ピストン表面を利用した点火プラグへの噴射流の高
い衝撃度の方向転換 − 壁に接触する前に、霧化を改善し、これにより燃料
スプレイの直接の蒸発を加速するための高い噴射圧 − 燃焼室内部流による噴射流の領域における高い乱流
レベルの発生 − ピストン表面の湿潤領域で高流速を発生することに
よる、壁膜蒸発の加速 燃焼室内部流により可能な全ての方法は、インテーク行
程における高いチャージ運動レベルの発生を前提とす
る。この高い流速は、吸入及び圧縮段階中、できるだけ
長く維持するか、圧縮時でも強化しなければならない。
この要求は、インテークにより生ずる燃焼室空気のラセ
ン又は回転運動によって、最も有効に満足できる。ラセ
ン運動（シリンダ軸を中心とした回転）はシリンダ内の
最も安定的な流れ構造であり、圧縮中の運動エネルギー
の消散が最小になる。シリンダ直径に対して小さいピス
トンくぼみの形成により、圧縮中にラセンが保持され
て、ラセン渦の回転速度を増加できる。The following effects can be used to form a mixture cloud and diffuse the fuel spray. -High impact redirection of the injection flow to the spark plug using the piston surface-high injection pressure to improve atomization before contacting the wall, thereby accelerating the direct evaporation of the fuel spray- Generation of high turbulence levels in the region of the injection flow due to the flow inside the combustion chamber-Acceleration of wall film evaporation by generating high flow velocities in the wet area of the piston surface All possible methods of the flow inside the combustion chamber are the intake stroke It is assumed that a high charge exercise level occurs in. This high flow rate must be maintained as long as possible during the suction and compression phases or must be enhanced even during compression.
This requirement is most effectively satisfied by the spiral or rotational movement of the combustion chamber air caused by the intake. Spiral motion (rotation about the cylinder axis) is the most stable flow structure in the cylinder and minimizes the dissipation of kinetic energy during compression. The formation of the piston recess, which is small relative to the cylinder diameter, allows the helix to be retained during compression and increases the rotational speed of the helix vortex.

【０００８】インテークにより生ずる回転渦（クランク
シャフトに平行な軸を中心にした回転）は、一方で、圧
縮中の断面積の縮小により回転を加速する。他方では、
回転渦はラセンに比較して不安定であり、複雑な二次渦
に分解する傾向がある。圧縮の最終段階で、（典型的な
４弁燃焼室の）十分平坦な弁角度であれば、回転渦が推
計により判明する分布での小さい渦に激しく分解する状
態が観察される。[0008] The rotational vortex (rotation about an axis parallel to the crankshaft) caused by the intake, on the other hand, accelerates the rotation by reducing the cross-sectional area during compression. On the other hand,
Rotating vortices are less stable than spirals and tend to break down into complex secondary vortices. At the final stage of compression, with a sufficiently flat valve angle (of a typical four-valve combustion chamber), it is observed that the rotating vortex breaks down vigorously into small vortices with a distribution known by estimation.

【０００９】ＡＴ ００１ ３９２ Ｕ１から、外部供
給点火装置と、ピストンにくぼみを有する少なくとも１
個の往復ピストンを具備した内燃機関が知られる。この
ピストンくぼみは、ピストンが上昇運動を行う時、イン
テークで生じたラセン流を加速する。ここで、ピストン
くぼみは非対称形状をしており、くぼみ深さが増加する
流入領域、くぼみ深さが最大の中心領域及びくぼみ深さ
が減少する流出領域を有する。流出領域と流入領域の間
に、燃料送り装置側で、Ｖ字状の締まり部が設けられて
いる。ピストンくぼみのこの形状により、一方では燃料
噴流が中心に配置された点火プラグに向けられ、他方で
燃料噴流の衝突領域で点火プラグに向けられた流れが高
速になるように、圧縮中の落下流がピストンくぼみの形
状によって、方向が変えられ、且つ加速される。もちろ
ん、この乱流レベルは、各々のスピードで燃料を確実に
点火するためには、十分でない。From AT 001 392 U1, an externally supplied igniter and at least one piston having a recess is provided.
Internal combustion engines having a number of reciprocating pistons are known. This piston depression accelerates the spiral flow generated in the intake as the piston makes a rising movement. Here, the piston recess has an asymmetric shape and has an inflow region where the recess depth increases, a central region where the recess depth is maximum, and an outflow region where the recess depth decreases. A V-shaped tightening portion is provided between the outflow region and the inflow region on the fuel feeder side. Due to this shape of the piston recess, the falling flow during compression is such that on the one hand the fuel jet is directed to the centrally located spark plug and on the other hand the flow directed at the spark plug in the collision area of the fuel jet is high. Is changed and accelerated by the shape of the piston recess. Of course, this turbulence level is not enough to reliably ignite the fuel at each speed.

【００１０】ＪＰ ７−１０２９７６ Ａから、中心に
点火プラグが配置された領域にラセン流を向ける単一の
アーチ状ガイドリブ付の冒頭の種類の内燃機関が知られ
る。ここで、燃料は、ピストン前面のガイドリブの凹状
ガイド面により限定されたくぼみ状の領域に、燃焼室屋
根の縁に配置された噴射ノズルにより噴射される。もち
ろん、シリンダ軸への側方噴射により、燃料粒子はガイ
ドリブを介して遠心分離され、ガイドリブの凸状ガイド
面及びピストン縁により限定された領域に転向される。
転向された燃料粒子は、最初に、ラセン流により点火プ
ラグ領域に再度ガイドされなければならない。ここで
は、１８０°を超える角度範囲で、ピストン縁に沿って
延びている比較的長い流路を進まなければならない。こ
のため、転向された燃料粒子が、比較的遅い時期で初め
て、点火プラグの領域に流入し、混合気の点火に利用で
きなくなる。このことは、炭化水素放出と燃料消費量に
関して不利に作用する。[0010] From JP 7-102976 A, an internal combustion engine of the first kind with a single arcuate guide rib is known, which directs the helical flow in the region where the spark plug is arranged in the center. Here, the fuel is injected by an injection nozzle disposed on the edge of the roof of the combustion chamber into a concave area defined by the concave guide surface of the guide rib on the front surface of the piston. Of course, by side injection to the cylinder shaft, the fuel particles are centrifuged through the guide ribs and turned to the area defined by the convex guide surface of the guide ribs and the piston edge.
The diverted fuel particles must first be re-guided by the spiral flow to the spark plug area. Here, over a range of angles greater than 180 °, a relatively long channel extending along the edge of the piston must be traversed. As a result, the diverted fuel particles flow into the region of the spark plug only at a relatively late time and cannot be used for ignition of the mixture. This has a disadvantageous effect on hydrocarbon emissions and fuel consumption.

【００１１】ＦＲ ２４２１ ２７６ Ａ１には、外部
供給点火式内燃機関用の乱流を促進する形状のピストン
くぼみを有するピストンが示されている。この非対称形
状のピストンくぼみは、ピストンくぼみの鍋状の非対称
的深部に達する、３種類のサイズの流入領域を有する。
この３つの流入領域により、深部にラセン流が発生す
る。FR 2421 276 A1 shows a piston with a piston recess shaped to promote turbulence for an externally supplied ignition type internal combustion engine. This asymmetrically shaped piston recess has three sizes of inlet areas which reach the pot-like asymmetric depth of the piston recess.
These three inflow regions generate a spiral flow in a deep part.

【００１２】さらに、ＤＥ ６４９ ７３８ Ｃから、
コントロールスプールとシリンダ直径に対して締めつけ
られた燃焼室を具備する自己点火式４ストローク内燃機
関が知られる。ここで、ピストンは、燃焼室締まり部の
方向にある深部を有し、この深部は流れをインテーク領
域からねじ状に燃焼室に向ける。外部供給点火装置と直
接燃料送り装置を具備した内燃機関には、この燃焼室形
状は適さない。Further, from DE 649 738 C,
Self-igniting four-stroke internal combustion engines are known which have a control spool and a combustion chamber tightened to the cylinder diameter. Here, the piston has a depth in the direction of the combustion chamber constriction, which directs the flow from the intake area in a threaded manner to the combustion chamber. This combustion chamber configuration is not suitable for an internal combustion engine having an externally supplied ignition device and a direct fuel feed device.

【００１３】本発明の課題は、上記の欠点を回避し、冒
頭の種類の内燃機関での燃料の霧化と点火を改善するこ
とである。It is an object of the present invention to avoid the above-mentioned disadvantages and to improve the atomization and ignition of fuel in internal combustion engines of the type mentioned above.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガイド
リブがピストン表面に成形され、燃焼室を屋根状に限定
する屋根状限定面部に対応した形状を有し、ほぼ中心に
形成された燃焼室くぼみ及び燃料送り装置の領域内にあ
るくぼみ流入部において広がっている（下流側で連接さ
れている）こと、またガイドリブが、ラセン流の方向に
幅と高さが縮小する先細端部を有することによって、こ
の課題は解決される。シリンダヘッド側の燃焼室屋根が
このように対応した形状を有し、ピストン表面にガイド
リブが形成され、また特徴のある燃焼室くぼみがほぼ中
心に位置しているので、ピストン表面と燃焼室天井（屋
根状限定面部）間に絞り流が形成され、そのため、燃焼
室くぼみ及びガイドリブを越えて流れる（漂遊する）燃
料粒子の逆転が起こる。According to the present invention, a guide rib is formed on a piston surface to limit a combustion chamber to a roof shape .
Has a shape corresponding to the roof-shaped limiting surface portion, (which is connected on the downstream side) substantially recess combustion chamber formed in the center and extends Oite the inlet recess in the region of the fuel feed apparatus that This problem is solved by the fact that the guide ribs have tapered ends which decrease in width and height in the direction of the spiral flow. Since the combustion chamber roof on the cylinder head side has a shape corresponding to this, a guide rib is formed on the piston surface, and the characteristic combustion chamber recess is located substantially at the center, the piston surface and the combustion chamber ceiling ( Shop
A throttle flow is formed between the root-limiting surfaces, which causes a reversal of the fuel particles flowing (stray) over the combustion chamber recesses and the guide ribs.

【００１５】本発明の有利な形状では、くぼみ流入部か
ら出発して、ピストン表面に加工された溝状深部（下記
の絞り面２０、２１より掘り下げられている）としてガ
イドリブの先細端部のピストン周縁側に周囲をめぐるく
ぼみ送り部が設けられる。この方法によって、くぼみ流
入部の方向へのラセン流がさらに加速され、ここで、ア
ウトレット側の絞り流が利用される。本発明の有利な仕
様バリエーションでは、ピストン表面にインテーク側
（取入側）とアウトレット側の絞り面が形成されてい
る。この場合、ガイドリブはその絞り面と接続して、屋
根状限定面部に対応したそれぞれの屋根状の境界面（絞
り面２０、２１より絞り面から離間する方向でもり上が
っている）を有し、この境界面は、ピストン表面に平行
な平坦部を介して結合してもよい。In an advantageous configuration of the invention, starting from the recess inlet, the piston at the tapered end of the guide rib is formed as a groove-shaped deep part (drilled down from the throttle surfaces 20, 21 described below) machined into the piston surface. An indentation feeding section is provided on the peripheral side. In this way, the spiral flow in the direction of the indentation is further accelerated, wherein the outlet-side throttle flow is used. According to an advantageous variant of the invention, the piston surface has an intake side.
(Intake side) and an outlet side throttle surface are formed. In this case, the guide ribs are connected with the diaphragm surface, ya
It has a roof-shaped boundary surface corresponding to the root-shaped limiting surface portion (raised in a direction away from the throttle surface from the throttle surfaces 20 and 21), and this boundary surface has a flat portion parallel to the piston surface. May be combined via

【００１６】本発明では、基準平面εに対してピストン
表面平面における燃焼室くぼみの面旋回点ｚが偏心量Ｅ
ｈを有し、−０．１２×Ｄ＜Ｅh＜０．１２×Ｄが当て
はまる。ここで、基準平面εは燃焼室の図１のＩ−Ｉ断
面に示す両方の屋根状限定面部とピストン軸との交点に
より定義され、Ｄはピストン直径を示す。基準平面εに
平行なピストン軸に関する偏心量Ｅは−０．０３×Ｄと
＋０．１２×Ｄとの間にでき、ここで、特に、上記の図
３に示す燃焼室くぼみの形状推移が有利である。これら
の偏心量Ｅ及びＥｈによって規定されるくぼみの位置
は、注入燃料噴流が凹部内においてピストン表面に、衝
突することを促進するものである。そして、上記の偏心
量ＥおよびＥhの範囲において、最良の結果を得ること
ができる。また、特に燃焼室くぼみがほぼ円形をしてい
る場合、製造技術上の利点が得られる。In the present invention, the plane turning point z of the recess of the combustion chamber in the piston surface plane with respect to the reference plane ε is the eccentricity E
h and −0.12 × D <Eh <0.12 × D. Here, the reference plane [epsilon] is defined by the intersection of the piston axis with both roof-shaped limiting surfaces shown in the II section of FIG. 1 of the combustion chamber, and D represents the piston diameter. The eccentricity E with respect to the piston axis parallel to the reference plane ε can be between −0.03 × D and + 0.12 × D, where the shape transition of the combustion chamber recess shown in FIG. It is. The positions of the depressions defined by these eccentricities E and Eh promote the injected fuel jet to collide with the piston surface in the recess. Then, the best result can be obtained in the range of the eccentric amounts E and Eh. In addition, an advantage in manufacturing technology is obtained, particularly when the combustion chamber cavity is substantially circular.

【００１７】さらに、くぼみの径が小さいことは、エン
ジンの低速・低負荷時に有利である。一方、くぼみの径
が大きいことは、高速・高負荷時に有利である。さて、
くぼみの直径Ｄmと深さＴmは、くぼみの容積に関係し、
この容積が小さすぎる場合は、燃料消費とハイドロカー
ボンの放出とが急激に増加しやすい。さらに、燃焼の安
定性の問題が発生しやすい。反対に容積が大きすぎる
と、低速・低負荷時の運転に不利であり、この場合も、
燃料消費とハイドロカーボンの放出が増加する。燃焼室
くぼみの深さＴmが溝状のくぼみ送り部の深さよりも大
きい場合、有利であると証明されている。Further, the fact that the diameter of the recess is small is advantageous when the engine is running at low speed and low load. On the other hand, the large diameter of the depression is advantageous at high speed and high load. Now,
The diameter Dm and depth Tm of the depression are related to the volume of the depression,
If this volume is too small, fuel consumption and hydrocarbon emissions tend to increase sharply. Further, the problem of combustion stability is likely to occur. Conversely, if the volume is too large, it is disadvantageous for operation at low speed and low load.
Fuel consumption and hydrocarbon emissions are increased. It has proven advantageous if the depth Tm of the combustion chamber recess is greater than the depth of the groove-shaped recess feed.

【００１８】エンジンの吸気工程中に発生するスワール
は、くぼみによって、即ち、案内リブによって案内され
る。くぼみ内への流入過程は、圧縮ストローク中で起こ
り、この過程では、ピストンはシリンダ・ヘッドに近づ
く。ここで、案内リブの始点は、空気流によって、くぼ
み内へノズルから遅れて流入する燃料の残りの部分を捕
捉し、これを搬送するために、この注入ノズルの下流側
に、αが２０から７０°の範囲内で形成されるのが好ま
しい。これに対して、その終点は、案内リブの外部の流
れを、くぼみ内に導くために必要な断面によって規定さ
れる。この終点は、燃焼室のルーフ形状に応じて、一方
において、案内リブの外側で流れが蓄積されず、他方に
おいて、空気流の導入が、その流れの分離が行われない
ように選択される。これが、βの範囲（１２０から１７
０°）となる。The swirl generated during the intake stroke of the engine is guided by the indentation, that is, by the guide ribs. The process of entry into the recess takes place during the compression stroke, in which the piston approaches the cylinder head. Here, the starting point of the guide ribs catches the remaining part of the fuel that flows late from the nozzle into the recess by the air flow, and in order to transport this, downstream of the injection nozzle, α is 20. Preferably, it is formed within a range of 70 °. On the other hand, its end point is defined by the cross-section required to guide the flow outside the guide ribs into the recess. Depending on the roof geometry of the combustion chamber, this end point is selected such that, on the one hand, no flow accumulates outside the guide ribs and, on the other hand, the introduction of the air flow does not result in a separation of the flow. This is the range of β (120 to 17
0 °).

【００１９】ピストン軸に対するガイドリブの内部流れ
ガイド面が−５°と２０°の間の角度δを有する場合、
特に有利である。そのため、混合気雲を燃焼室くぼみに
保持するため、２０°までの長さガイド面の後部交差位
置が設定されている。ピストン表面への衝突後における
燃料の振る舞いは、燃料噴流のコンパクトさと、進入衝
撃力によって決まる。即ち、強力に反射される非常に強
い燃料噴流においては、この燃料噴流をくぼみ内に維持
するために、ディーゼルエンジンから知られているよう
に、流れガイド面をオーバーハング傾斜状態に設定する
場合もある。一方、比較的進入速度の遅いものにおいて
は、この傾斜角は、わずかに外側に傾斜していてもよ
い。従って、−５°から２０°に選択することが好まし
い。If the internal flow guide surface of the guide rib with respect to the piston axis has an angle δ between -5 ° and 20 °,
It is particularly advantageous. Therefore, in order to hold the mixture cloud in the recess of the combustion chamber, the rear intersection position of the length guide surface up to 20 ° is set. The behavior of the fuel after impact on the piston surface is determined by the compactness of the fuel jet and the impinging impact force. That is, in the case of a very strong fuel jet that is strongly reflected, the flow guide surface may be set to an overhanging inclined state, as is known from a diesel engine, in order to maintain the fuel jet in the recess. is there. On the other hand, in a case where the approach speed is relatively slow, the inclination angle may be slightly inclined outward. Therefore, it is preferable to select from -5 ° to 20 °.

【００２０】[0020]

【発明の実施の形態】シリンダ１内には、往復ピストン
２が配置されている。ピストン２の表面３は、シリンダ
ヘッド４内の燃焼室の屋根状天井面（屋根状限定面部を
なす）５と共に、燃焼室６を形成している。この屋根状
天井面は、図１に示すＩ−Ｉ断面において、ピストン中
央側が高く、周縁側が低く構成されており、図２に示す
ＩＩ−ＩＩ断面では、中心と周縁部でほぼ同一の高さで
ある。この燃焼室６に、点火装置８がつながっている。
燃料送り装置９の口１０が燃焼室６の縁にある。燃料送
り装置９の縦軸は１１で示され、縦軸１１とシリンダヘ
ッド４の平面の間の角度γは２５〜６０°である。燃料
送り装置９は、燃料噴射流１２が主に点火装置８に向け
られ、ほぼピストン２の燃焼室くぼみ１４の領域でピス
トンの表面３に衝突するように、配置されている。以下
の角度及び距離データでは、燃焼室６の両方の屋根状限
定面部とピストン軸７との交点を通って広がる基準平面
εが得られる（図１又は図３を参照のこと）。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a cylinder 1, a reciprocating piston 2 is arranged. The surface 3 of the piston 2 forms a combustion chamber 6 together with a roof-like ceiling surface (forming a roof-like limited surface portion) 5 of the combustion chamber in the cylinder head 4. This roof-like ceiling surface is configured such that the center side of the piston is high and the peripheral side thereof is low in the II section shown in FIG. 1, and in the II-II section shown in FIG. That's it. An ignition device 8 is connected to the combustion chamber 6.
The mouth 10 of the fuel feeder 9 is at the edge of the combustion chamber 6. The vertical axis of the fuel feed device 9 is indicated by 11, and the angle γ between the vertical axis 11 and the plane of the cylinder head 4 is 25 to 60 °. The fuel delivery device 9 is arranged such that the fuel injection stream 12 is directed mainly to the ignition device 8 and impinges on the surface 3 of the piston approximately in the region of the combustion chamber recess 14 of the piston 2. In the following angles and distance data, both roof-shaped limit of the combustion chamber 6
A reference plane ε extending through the intersection of the constant surface portion and the piston shaft 7 is obtained (see FIG. 1 or FIG. 3).

【００２１】図１〜９から判明するように、給気のラセ
ン運動を支える、非対称性のアーチ状ガイドリブ１３
が、ピストン表面３に形成されている。ガイドリブ１３
は外部輪郭で、燃焼室６の屋根状の屋根状限定面部を十
分に対応づけられ（燃焼室の天井形状とガイドリブ１３
の頂部形状とは対応づけ（沿ってほぼ平行とされる）が
されており、図１に示すＩ−Ｉ断面でピストン中心側で
高く、周縁部で低く構成されている。ＩＩ−ＩＩ断面で
も対応している）、主に中心に形成されている燃焼室く
ぼみ１４と燃料送り装置９の領域にあるくぼみ流入部１
５において広がっている（１６で示すラセン流が下流側
で、くぼみ流入部１５、燃焼室くぼみ１４に接続されて
いる）。１６で示すラセン流の方向（例えば、図３を参
照のこと）で、ガイドリブ１３は幅と高さが先細になっ
ている先細端部１７を有する。この先細端部１７は、図
３に示すように、燃焼室くぼみ１４のガイド面１３’に
沿って中心側に設けられている。As can be seen from FIGS. 1 to 9, the asymmetrical arched guide ribs 13 supporting the spiral movement of the air supply.
Are formed on the piston surface 3. Guide rib 13
Is an outer contour, and the roof-shaped limited surface portion of the combustion chamber 6 is sufficiently associated (the ceiling shape of the combustion chamber and the guide ribs 13).
The top shape is associated with (almost parallel to) the top shape, and is high at the center of the piston and low at the periphery in the II section shown in FIG. (Corresponding to the section II-II), the cavity inlet 14 formed mainly in the center and the cavity inlet 1 in the region of the fuel feeder 9.
5 is spread Oite the (spiral flow on the downstream side shown at 16, recesses inflow portion 15 is connected to the combustion chamber recess 14). In the direction of the helical flow indicated at 16 (see, for example, FIG. 3), the guide rib 13 has a tapered end 17 tapering in width and height. As shown in FIG. 3, the tapered end portion 17 is provided on the center side along the guide surface 13 'of the recess 14 of the combustion chamber.

【００２２】さらに、くぼみ流入部１５から出発して、
ガイドリブ１３の先細になっている先細端部１７の周囲
をめぐるくぼみ送り部１８があり、この部分はピストン
表面３で溝状の深部１９として加工されている。ピスト
ン表面３の平坦部分は、インテーク側とアウトレット側
で絞り面２０，２１に広がり、ここで、ガイドリブ１３
はこれらの絞り面に接続して、それぞれ屋根状境界面２
２，２３を有し、これらの境界面２２，２３はピストン
表面３に平行な平坦部２４を介して相互に結合してもよ
い。従って、ラセン流１６は、図３に示すように、屋根
状境界面２２の上側端縁から絞り面２０に流れ下り、く
ぼみ送り部１８に至り、くぼみ流入部１５、燃焼室くぼ
み１４に流入する。特に図３〜５から判明するように、
本発明は次の特徴を有する。Further, starting from the hollow inflow section 15,
There is a recess feed 18 around the tapered tapered end 17 of the guide rib 13, which is machined as a groove-like deep part 19 on the piston surface 3. The flat part of the piston surface 3 spreads on the throttle surfaces 20 and 21 on the intake side and the outlet side, where the guide rib 13
Are connected to these diaphragm surfaces, respectively,
2 and 23, which may be connected to one another via a flat 24 parallel to the piston surface 3. Accordingly, as shown in FIG. 3, the spiral flow 16 flows down from the upper end edge of the roof-like boundary surface 22 to the throttle surface 20, reaches the hollow feed portion 18, flows into the hollow inlet portion 15, and flows into the combustion chamber hollow 14. . In particular, as can be seen from FIGS.
The present invention has the following features.

【００２３】[0023]

【表１】 [Table 1]

【００２４】偏心量のデータは、ピストン表面３の平面
内の燃焼室くぼみ１４の面回転点ｚに関するものであ
る。燃焼室くぼみ１４は、円形に近いものでもよい。Ｄ
はその時々のピストン直径を示す。ガイドリブ１３の開
始部２５と終了部１７と関連する角度データは、基準平
面εから出発して、ピストン軸７の周囲で右方向に測定
される。燃焼室くぼみを限定する内部流れガイド面１
３' は、外部に（δ＜５°）又は内部（δ＜２０°）に
傾斜できる。The eccentricity data relates to the plane rotation point z of the combustion chamber cavity 14 in the plane of the piston surface 3. The combustion chamber recess 14 may be close to circular. D
Indicates the piston diameter at that time. The angle data associated with the start 25 and the end 17 of the guide rib 13 is measured to the right around the piston axis 7 starting from the reference plane ε. Internal flow guide surface 1 that limits combustion chamber cavity
3 ′ can be tilted outward (δ <5 °) or inward (δ <20 °).

【００２５】図６〜９から判明するように、本発明は、
シリンダ当たり２個、３個、４個又は５個の弁を有する
仕様バリエーションに有利に応用できる。尚、特許請求
の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記
すが、該記入により本発明は添付図面の構造に限定され
るものではない。As can be seen from FIGS.
It can be advantageously applied to a specification variation having two, three, four or five valves per cylinder. In the claims, reference numerals are provided for convenience of comparison with the drawings, but the present invention is not limited to the structure of the accompanying drawings by the entry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の外部供給点火式内燃機関の、図２又は
図３における線Ｉ−Ｉでの縦断面図1 is a longitudinal sectional view of an externally supplied ignition type internal combustion engine of the present invention, taken along line II in FIG. 2 or FIG. 3;

【図２】図１又は図３における線ＩＩ−ＩＩでの縦断面
図FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II-II in FIG. 1 or FIG.

【図３】外部供給点火式内燃機関のピストンの見取り図FIG. 3 is a sketch of a piston of an externally supplied ignition type internal combustion engine.

【図４】図２又は図３における線Ｉ−Ｉでのピストンの
縦断面図4 is a longitudinal sectional view of the piston taken along line II in FIG. 2 or FIG. 3;

【図５】図１又は図３における線ＩＩ−ＩＩでのピスト
ンの縦断面図FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the piston taken along line II-II in FIG. 1 or FIG.

【図６】１個のインテーク弁とアウトレット弁を具備す
る本発明の外部供給点火式内燃機関の仕様バリエーショ
ンFIG. 6 is a specification variation of the externally supplied ignition type internal combustion engine of the present invention having one intake valve and one outlet valve.

【図７】２個のインテーク弁と１個のアウトレット弁を
具備するバリエーションFIG. 7 is a variation having two intake valves and one outlet valve.

【図８】２個のインテーク弁と２個のアウトレット弁を
具備するバリエーションFIG. 8 is a variation including two intake valves and two outlet valves.

【図９】外部供給点火式内燃機関のシリンダー１個当た
り３個のインテーク弁と２個のアウトレット弁を具備す
るバリエーションFIG. 9 shows a variation of an externally supplied ignition type internal combustion engine having three intake valves and two outlet valves per cylinder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ シリンダ ２ 往復ピストン ３ ピストン表面 ６ 燃焼室 ７ ピストン軸 ８ 点火装置 ９ 燃料送り装置 １３ ガイドリブ １３’ ガイド面 １４ 燃焼室くぼみ １５ くぼみ流入部 １７ 先細端部 １８ くぼみ送り部 １９ 溝状の深部 ２０ 絞り面 ２１ 絞り面 ２２ 境界面 ２３ 境界面 ２４ 平坦面 ２５ 開始部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 2 Reciprocating piston 3 Piston surface 6 Combustion chamber 7 Piston shaft 8 Ignition device 9 Fuel feed device 13 Guide rib 13 ′ Guide surface 14 Combustion chamber cavity 15 Recess inflow portion 17 Tapered end portion 18 Recess delivery portion 19 Deep groove 20 Surface 21 Aperture surface 22 Boundary surface 23 Boundary surface 24 Flat surface 25 Start

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 597083976 ＨＡＮＳ−ＬＩＳＴ−ＰＬＡＴＺ １, Ａ−8020 ＧＲＡＺ，ＡＵＳＴＲＩＡ (56)参考文献 特開 平５−240051（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02F 3/26 F02B 23/08 F02B 23/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (73) Patent holder 597083976 HANS-LIST-PLATZ 1, A-8020 GRAZ, AUSTRIA (56) References JP-A-5-240051 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) F02F 3/26 F02B 23/08 F02B 23/10

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 少なくとも１個の往復ピストン（２）、
点火装置（８）、及び主に点火装置（８）の方向に燃料
を直接送るためのシリンダ（１）１個当たり少なくとも
１個の燃料送り装置（９）、さらに、屋根状に限定され
た燃焼室（６）内でラセン流を生じる少なくとも１個の
インテーク通路を具備する外部供給点火式内燃機関であ
って、ピストン（２）の表面（３）が、給気のラセン運
動を支える、非対称なアーチ状のガイドリブ（１３）を
有し、このガイドリブ（１３）が、燃焼室（６）を屋根
状に限定する屋根状限定面部に対応したピストン表面
（３）として成形され、ほぼ中心に形成された燃焼室く
ぼみ（１４）及び燃料送り装置（９）の領域内にあるく
ぼみ流入部（１５）において広がっていること、及びガ
イドリブ（１３）が、ラセン流の方向に幅と高さが縮小
する先細端部（１７）を有すること、及び燃焼室くぼみ
（１４）の直径Ｄmが０．３×Ｄ〜０．６×Ｄであり、
ここで、Ｄがピストン直径であることを、特徴とする外
部供給点火式内燃機関。At least one reciprocating piston (2);
An ignition device (8), and at least one fuel feed device (9) per cylinder (1) for direct delivery of fuel mainly in the direction of the ignition device (8), and combustion limited to a roof shape An externally supplied ignited internal combustion engine having at least one intake passage for producing a helical flow in a chamber (6), wherein the surface (3) of the piston (2) supports the helical movement of the charge air. It has an arched guide rib (13), which is formed as a piston surface (3) corresponding to a roof-shaped limiting surface that limits the combustion chamber (6) to a roof shape, and is formed substantially at the center. The widening at the cavity inlet (15) in the region of the combustion chamber cavity (14) and the fuel feeder (9), and the guide ribs (13) decrease in width and height in the direction of the spiral flow. Tapered end (17 To have, and indentations combustion chamber
(14) the diameter Dm is 0.3 × D to 0.6 × D,
Here, the externally supplied ignition type internal combustion engine is characterized in that D is a piston diameter . 【請求項２】 くぼみ流入部（１５）から出発して、ガ
イドリブ（１３）の先細端部（１７）の周囲をめぐるく
ぼみ送り部（１８）が設けられ、このくぼみ送り部（１
８）がピストン表面（３）内に加工された溝状の深部
（１９）としての形状をしていることを、 特徴とする請求項１に記載の外部供給点火式内燃機関。2. Starting from the recess inlet (15), a recess feed (18) is provided around the tapered end (17) of the guide rib (13), the recess feed (1) being provided.
2. Externally supplied internal combustion engine according to claim 1, characterized in that (8) is shaped as a groove-shaped deep part (19) machined in the piston surface (3). 【請求項３】 ピストン表面（３）に取入側とアウトレ
ット側の絞り面（２０，２１）が形成され、ここで、ガ
イドリブ（１３）がこれらの絞り面と接続して、屋根状
限定面部に対応したそれぞれ屋根状の境界面（２２，２
３）を有し、これらの境界面（２２，２３）が、直接、
もしくは、ピストン表面（３）に平行な平坦部（２４）
を介して結合することを、 特徴とする請求項１又は２に記載の外部供給点火式内燃
機関。3. An intake side and an outlet side throttle surface (20, 21) are formed on a piston surface (3), wherein a guide rib (13) is connected to these throttle surfaces to form a roof-shaped limiting surface portion. Roof-shaped boundary surfaces (22, 2
3), and these interfaces (22, 23) are directly
Or a flat part (24) parallel to the piston surface (3)
The externally supplied ignition type internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the internal combustion engine is connected via a (1). 【請求項４】 燃焼室くぼみ（１４）の面回転点ｚが基
準平面εに対するピストン表面（３）の平面において、
偏心量Ｅhを有し、−０．１２×Ｄ＜Ｅh＜０．１２×Ｄ
が当てはまり、ここで、基準平面εが燃焼室（６）の両
方の屋根状限定面部とピストン軸（７）の交点により決
まり、ピストン直径がＤで示されることを、 特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外部供給点
火式内燃機関。4. The plane rotation point z of the combustion chamber recess (14) in the plane of the piston surface (3) with respect to the reference plane ε,
It has the amount of eccentricity Eh, -0.12 × D <Eh <0.12 × D
Where the reference plane ε is determined by the intersection of the piston axis (7) with both roof-like limiting surfaces of the combustion chamber (6) and the piston diameter is denoted by D. 3. The externally supplied ignition type internal combustion engine according to any one of 3. 【請求項５】 燃焼室くぼみ（１４）の面回転点ｚが基
準面εに平行なピストン軸（７）に対して偏心量Ｅを有
し、−０．０３×Ｄ＜Ｅ＜＋０．１２×Ｄが当てはまる
ことを、 特徴とする請求項４に記載の外部供給点火式内燃機関。5. The plane rotation point z of the combustion chamber recess (14) has an eccentricity E with respect to a piston axis (7) parallel to the reference plane ε, and -0.03 × D <E <+0.12. The externally supplied ignition type internal combustion engine according to claim 4, wherein × D is applicable. 【請求項６】 燃焼室くぼみ（１４）がほぼ円形である
ことを、 特徴とする請求項４又は５に記載の外部供給点火式内燃
機関。6. An externally supplied ignition type internal combustion engine according to claim 4, wherein the combustion chamber recess (14) is substantially circular. 【請求項７】 燃焼室くぼみ（１４）の深さＴmが０．
１×Ｄ〜０．２３×Ｄであり、ここで、Ｄがピストン直
径であることを、 特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の外部供給点
火式内燃機関。7. The combustion chamber cavity (14) has a depth Tm of 0.1.
The externally supplied ignition type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6 , wherein 1 × D to 0.23 × D, wherein D is a piston diameter. 【請求項８】 αが基準平面εとガイドリブ（１３）の
開始部（２５）の間のピストン（７）の周囲で右方向に
測定した角度として、２０°＜α＜７０°になるよう
に、ガイドリブ（１３）の開始部（２５）が配置される
ことを、 特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の外部供給点
火式内燃機関。8. An angle α, measured as rightward around the piston (7) between the reference plane ε and the start (25) of the guide rib (13), such that 20 ° <α <70 °. An externally supplied ignition type internal combustion engine according to any one of claims 4 to 7 , wherein a start portion (25) of the guide rib (13) is arranged. 【請求項９】 βが基準平面εとガイドリブ（１３）の
先細端部（１７）の間のピストン（７）周囲で右方向に
測定した角度として、１２０°＜β＜１７０°になるよ
うに、ガイドリブ（１３）の先細端部（１７）が配置さ
れていることを、 特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の外部供給点
火式内燃機関。9. An angle measured to the right around the piston (7) between the reference plane (ε) and the tapered end (17) of the guide rib (13) so that 120 ° <β <170 °. An externally supplied ignition type internal combustion engine according to any one of claims 4 to 8 , wherein a tapered end (17) of the guide rib (13) is arranged. 【請求項１０】 ガイドリブ（１３）の内部流れガイド
面（１３’）がピストン軸（７）に対して、−５°〜２
０°の角度δを有することを、 特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の外部供給点
火式内燃機関。10. The internal flow guide surface (13 ') of the guide rib (13) is -5 to 2 with respect to the piston shaft (7).
The externally supplied ignition type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9 , having an angle δ of 0 °. 【請求項１１】 くぼみ流入部（１５）から出発して、
ガイドリブ（１３）の先細端部（１７）の周囲をめぐる
くぼみ送り部（１８）が設けられ、燃焼室（１４）の深
さＴmが各々の溝状のくぼみ送り部（１８）の深さより
大きいことを、特徴とする請求項１〜１０のいずれかに
記載の外部供給点火式内燃機関。11. Starting from the hollow inlet (15),
A recess feed (18) is provided around the tapered end (17) of the guide rib (13), and the depth Tm of the combustion chamber (14) is greater than the depth of each grooved recess feed (18). The externally supplied ignition type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10 , characterized in that:
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